Группа исследователей из Корнельского университета во главе с доцентом Хуррамом Африди впервые разработала новый метод беспроводной зарядки для электромобилей, частично вдохновившись работой в НАСА.
Новый подход, основанный на методах НАСА для отправки данных в дальний космос , может произвести революцию в инфраструктуре электромобилей, позволив электромобилям и автономным машинам заряжаться во время вождения.
Проблема с традиционными концепциями беспроводной зарядки
Концепция беспроводной зарядки восходит к 1890-м годам, когда Никола Тесла ослеплял публику, используя переменные электрические поля для освещения отключенных от розетки люминесцентных ламп. С тех пор концепция показала себя многообещающей для беспроводной зарядки автомобилей — Швеция в настоящее время работает над локализованным проектом, — но это еще не начало .
Концепция, которая до сих пор получила наибольшее распространение, использует переменные магнитные поля, генерируемые с помощью существующих электрических токов вдоль дороги.
Основная проблема этого метода заключается в том, что магнитные поля являются громоздкими, и их необходимо контролировать, чтобы они не причиняли вред пассажирам или не нагревали арматурные стержни на дороге.
Между тем, феррит, материал, используемый для направления полей, хрупкий, дорогой и теряет много энергии при быстром изменении магнитных полей.
Вдохновение из космоса
Хуррам Африди, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники Инженерного колледжа Корнельского университета, нашел решение этих проблем, вдохновившись космической связью.
«Беспроводная передача энергии основана на той же базовой физике, которая используется для отправки сообщений с помощью радиоволн на космические корабли в глубоком космосе, такие как« Вояджер », — сказал Африди. «За исключением того, что сейчас мы посылаем гораздо больше энергии на гораздо более короткие расстояния движущимся транспортным средствам».
В конце второго года обучения Африди в Калифорнийском технологическом институте он работал с Лабораторией реактивного движения НАСА в составе команды, разработавшей в 1995 году передатчик на 8 и 32 ГГц спутника SURFSAT 1 — предшественника новаторского космического агентства Cassini. спутниковый проект .
Позже в Массачусетском технологическом институте Африди переключился на изучение силовой электроники, которая работает на гораздо более низких частотах при более высоких уровнях мощности.
Для своего нового подхода к беспроводной зарядке на дорогах Африди по существу адаптировал оригинальную демонстрацию беспроводной мощности Николы Теслы, используя гораздо более высокую частоту, а также мощность.
Новая дорожная система беспроводной зарядки
Для своего метода Африди и его команда представляют, как водители меняют полосу движения на специально обозначенную полосу для зарядки во время движения.
Команда исследователей разработала систему, в которой используются пары изолированных металлических пластин, размещаемых на земле. Они подключены к линии электропередачи через согласующую сеть и высокочастотный инвертор.
Эти пластины создают колеблющиеся электрические поля, которые притягивают и отталкивают заряды в металлических пластинах, прикрепленных к нижней части движущихся транспортных средств. Затем высокочастотный ток запускается и выпрямляется через цепь на транспортном средстве, где он заряжает аккумулятор транспортного средства.
Поскольку электрические поля, создаваемые легкодоступными напряжениями, являются слабыми, Африди и его команда увеличили напряжение для своей системы и использовали ее на очень высоких частотах, чтобы добиться более высокой передачи мощности.
Их система не требует таких материалов, как феррит, и может работать на гораздо более высоких частотах. Он также меньше, легче и легче встраивается в проезжую часть, что делает его более жизнеспособным вариантом, чем концепция магнитного поля.
Работа над глобальной дорожной инфраструктурой с беспроводной зарядкой
Конечно, работа Африди и его команды находится в стадии разработки концепции, и широко распространенные беспроводные зарядные устройства отнюдь не являются данностью. Еще одно недавнее предложение по созданию дорожной инфраструктуры — дорога с солнечными батареями — является серьезным инженерным провалом — по крайней мере, на данный момент — с несколькими крупными проектами строительства дорог с использованием солнечных батарей, которые не достигли поставленных целей.
Африди утверждает, что новый метод беспроводной зарядки можно было бы сначала протестировать на дорогах с интенсивным движением или на некоторых дорогах в городах, прежде чем использовать его в более крупных масштабах.
Его команда в настоящее время работает с Toyota Material Handling North America над разработкой беспроводной зарядки для вилочных погрузчиков и мобильных роботов для погрузочно-разгрузочных работ.
Если их проект оправдает ожидания, его можно будет использовать для круглосуточной работы автономных транспортных средств будущего, включая беспилотные грузовики для доставки и складские машины. Система также поможет странам справиться с изменением климата за счет значительного повышения эффективности и, следовательно, распространения электромобилей во всем мире.